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发射卫星要达到第一宇宙速度吗?带你了解卫星那些事?

时间:2019-07-16
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牛顿曾经研究过这样一个问题,人掷出去的石头,由于受到重力作用,总会偏离初方向落回地面于是他提出了一个大炮的设想:在地球的一座高山上,架起一只水平的大炮,以不同的速度将炮弹平射出去,当炮弹的速度比较小的时候,炮弹会在重力作用下,偏离原来的运动方向落在附近的甲点;如果增大炮弹的出射速度,炮弹就会做初速度更大的平抛运动,落在比阿更远的乙点;如果继续增大炮弹的出射速度,炮弹就会飞得更远一些

炮弹的出射速度越大,炮弹落点就离山脚越远。如果地面是个平面,即使炮弹出射速度再大,飞行再远,炮弹也最终会落回地面。但是地球是圆的,这样炮弹就有可能不再落回地面转而绕地球飞行了。并且实际上,地球对它的引力时刻指向地心,在这个力作用下,如果炮弹初速度合适,轨迹就有可能是个圆,此时引力就充当向心力,炮弹环绕地球做匀速圆周运动,永远不会落地。这个初速度就是第一宇宙速度。

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2019年6月14日,拍摄的“灵鹊”遥感卫星模型。(龙巍/人民图片)

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XX第一个宇宙的速度与卫星的速度和发射速度之间有什么关系?顾名思义,运行速度是卫星在轨道上的实际速度。从能量的角度来看,无论电阻的影响如何,在总能量恒定的条件下,高度越高,势能越大,动能越小。如果卫星围绕地球进行均匀的圆周运动,则轨道半径越大,其运行速度越小。近地卫星由于其最小的轨道半径而具有最大的速度。

发射速度是指卫星发射后卫星与火箭分离的速度。那么如何比较不同卫星的发射速度呢?当卫星具有一定质量时,卫星的轨道半径越大,它应具有的机械能越大。因此,在发射卫星时,必须给它更高的速度以达到应有的高度。也就是说,卫星的轨道半径越大,其发射速度就越大。近地卫星由于其最小的轨道半径而具有最低的发射速度。

随着卫星轨道的半径变大,所需的发射速度变得更大,并且运行速度变得更小。这有什么问题?

事实证明,在卫星发射后,它继续上升,并且通过地球的引力,速度将降低。只有近地卫星,因为轨道近似在地球表面,发射速度大约等于运行速度。其他轨道卫星在发射后必须升高,并由地球的重力减速,因此最终的运行速度低于发射速度。因此,众所周知,近地卫星需要最小的发射速度,并且近似等于其运行速度。发射卫星所需的最低速度是由近地卫星的速度计算的。卫星在地球表面上进行均匀的圆周运动。重力充当向心力。这个速度可以一步解决。它等于7.9km/s。第一宇宙速度的价值。

总之,第一宇宙速度不同于运行速度和发射速度。第一宇宙速度是卫星的最小发射速度,也是卫星的最大运行速度。也就是说,卫星的发射速度必须达到第一宇宙的速度。至于天空,卫星可以以低于第一宇宙的速度运行并随高度减小。卫星发射速度必须超过第一宇宙速度,但速度可能低于第一宇宙速度。

本文由空军指挥学院教授徐邦年控制。

(编辑:王少韶,张曦)

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